適用于新高考新教材廣西專版2025屆高考物理一輪總復(fù)習(xí)第5章機械能第1節(jié)功和功率課件

第1節(jié)功和功率第五章【課程標(biāo)準】

1.理解功和功率。了解生產(chǎn)生活中常見機械的功率大小及其意義。2.理解動能和動能定理。能用動能定理解釋生產(chǎn)生活中的現(xiàn)象。3.理解重力勢能,知道重力勢能的變化與重力做功的關(guān)系。定性了解彈性勢能。4.通過實驗,驗證機械能守恒定律。理解機械能守恒定律,體會守恒觀念對認識物理規(guī)律的重要性。能用機械能守恒定律分析生產(chǎn)生活中的有關(guān)問題。5.了解自然界中存在多種形式的能量。知道不同形式的能量可互相轉(zhuǎn)化,在轉(zhuǎn)化過程中能量總量保持不變,能量轉(zhuǎn)化是有方向性的。6.知道利用能量是人類生存和社會發(fā)展的必要條件之一。7.知道合理使用能源的重要性,具有可持續(xù)發(fā)展觀念,養(yǎng)成節(jié)能的習(xí)慣【核心素養(yǎng)】

【試題情境】

生活實踐類機車啟動、各種交通工具、各種體育比賽項目、各種生產(chǎn)工具、各種娛樂項目等學(xué)習(xí)探索類功的正負判斷和大小計算、變力做功的計算、功率的分析與計算、動能定理的應(yīng)用、機械能守恒的理解與應(yīng)用、功能關(guān)系的理解與應(yīng)用、能量守恒及轉(zhuǎn)化問題【考向預(yù)測】

本章內(nèi)容屬于高考考查的熱點和難點,既有選擇題,又有計算題,甚至出現(xiàn)與電場、電磁感應(yīng)綜合的壓軸題?？疾榈木唧w內(nèi)容主要包括以下幾個方面:①功和功率的計算及機車啟動問題;②動能定理結(jié)合能量守恒定律處理變力及曲線運動問題;③功能關(guān)系、機械能守恒定律及其應(yīng)用;④驗證機械能守恒定律實驗;⑤結(jié)合不同的運動形式——如平拋運動、勻變速直線運動、圓周運動等綜合考查強基礎(chǔ)增分策略一、功1.做功的兩個要素(1)作用在物體上的

。

(2)物體在

上發(fā)生的位移。

2.功的物理意義功是

的量度。

力力的方向能量轉(zhuǎn)化3.公式

力對物體做不做功,關(guān)鍵是看力的方向與位移方向之間的夾角W=

。

如圖所示,物體在恒力F的作用下沿水平面向右運動了一段距離l,則恒力F做的功W=

。

(1)α是力與

之間的夾角,l為物體對地的位移。

(2)該公式只適用于

做功。

FlcosαFlcosα位移方向恒力4.功的正負的判斷

作用力與反作用力做的功并不一定一正一負、大小相等,實際上二者沒有必然聯(lián)系

夾角功的正負0°≤α<90°W>0,力對物體做

功

90°<α≤180°W<0,力對物體做

功,也就是物體克服這個力做了功

α=90°W=0,力對物體

,也就是力對物體做功為零

正負不做功易錯辨析

(1)凡是受力作用的物體,一定有力對物體做功。(

)(2)只要物體受力,又在力的方向上發(fā)生了位移,就一定有力對物體做功。(

)(3)作用力做正功時,反作用力一定做負功。(

)(4)力對物體做功的正負是由力和位移間的夾角大小決定的。(

)×√×√應(yīng)用提升1.設(shè)一個恒力拉著一個物體沿斜面向上運動一段距離,拉力做的功為W1,用同樣大小的力拉著物體沿斜面向下運動同樣的距離,拉力做的功為W2,已知拉力與物體運動方向相同。比較W1和W2的大小(

)A.W1>W2 B.W1=W2C.W1<W2 D.以上都不正確答案

B解析

根據(jù)W=Flcos

α得W1=FlW2=Fl故W1=W2,選項B正確。2.如圖所示,物塊A、B在外力F的作用下一起沿水平地面做勻速直線運動,下列關(guān)于A對地面的滑動摩擦力做功和B對A的靜摩擦力做功的說法正確的是(

)A.B對A的靜摩擦力做正功,A對地面的滑動摩擦力做負功B.B對A的靜摩擦力不做功,A對地面的滑動摩擦力做負功C.B對A的靜摩擦力做正功,A對地面的滑動摩擦力不做功D.B對A的靜摩擦力做負功,A對地面的滑動摩擦力做正功答案

C解析

A對地面雖然有摩擦力,但在力的作用下地面沒有發(fā)生位移,所以A對地面的滑動摩擦力不做功,B對A的靜摩擦力的方向向右,A的位移也向右,所以B對A的靜摩擦力做正功,故C正確。二、功率1.物理意義:描述力對物體

。

2.公式(1),P為時間t內(nèi)的

;

機車啟動類問題中F指牽引力(2)P=Fv,若v為平均速度,則P為

;若v為瞬時速度,則P為

。

3.額定功率:機械

時的最大輸出功率。

4.實際功率:機械

時的輸出功率,要求不大于

。

做功的快慢平均功率平均功率瞬時功率正常工作實際工作額定功率易錯辨析

(5)由P=Fv知,當(dāng)汽車發(fā)動機功率一定時,牽引力與速度成反比。(

)(6)物體做功越多,其功率越大。(

)(7)在越野比賽中,汽車爬坡時,常常換用低速擋。(

)√×√應(yīng)用提升3.(多選)關(guān)于功率公式

和P=Fv的說法正確的是(

)A.由

知,只要知道W和t就可求出任意時刻的功率B.由P=Fv既能求某一時刻的瞬時功率,也可以求平均功率C.由P=Fv知,隨著汽車速度增大,它的功率也可以無限制增大D.由P=Fv知,當(dāng)汽車發(fā)動機功率一定時,牽引力與速度成反比答案

BD解析

只適用于求平均功率,P=Fv雖是由前者推導(dǎo)得出,但可以用于求平均功率和瞬時功率,故A錯誤,B正確。汽車運行時不能長時間超過額定功率,故隨著汽車速度增大,它的功率并不能無限制增大,故C錯誤。當(dāng)汽車發(fā)動機功率一定時,速度越大,牽引力越小,故牽引力與速度成反比,故D正確。4.如圖甲所示,滑輪質(zhì)量、摩擦均不計,質(zhì)量為2kg的物體在拉力F的作用下由靜止向上做勻加速運動,物體速度隨時間的變化關(guān)系如圖乙所示,由此可知(

)A.物體加速度大小為2m/s2B.F的大小為21NC.4s末F的功率為42WD.0~4s內(nèi)F的平均功率為42WC解析

v-t圖像的斜率表示物體加速度,由題圖乙可知,a=0.5

m/s2,由2F-mg=ma可得F=10.5

N,選項A、B均錯誤;4

s末F的作用點的速度大小為vF=2v物=4

m/s,故4

s末F的功率為P=FvF=42

W,選項C正確;增素能精準突破考點一功的正負判斷和大小計算[自主探究]1.功的正負判斷方法(1)恒力功的判斷:依據(jù)力與位移方向的夾角來判斷。(2)曲線運動中功的判斷(3)依據(jù)能量變化來判斷:若有能量轉(zhuǎn)化,則必有力對物體做功。此法常用于兩個相聯(lián)系的物體之間的相互作用力做功的判斷。2.恒力功的計算方法3.總功的計算方法方法一:先求合力F合,再用W總=F合lcosα求功,此法要求F合為恒力。方法二:先求各個力做的功W1、W2、W3、…,再應(yīng)用W總=W1+W2+W3+…求總功,注意代入“+”“-”再求和。【對點演練】1.光滑的水平面上放著一輛小車,站在小車上的人拉系在墻壁上的水平繩子,使小車和人一起向右加速移動。則下列說法正確的是(

)A.繩子的拉力對人做負功B.繩子的拉力對小車做正功C.小車對人的摩擦力對人做正功D.人對小車的摩擦力對小車做正功答案

D解析

人受到繩子的拉力與人的位移方向相同,所以繩子的拉力對人做正功,由于繩子的拉力未作用在小車上,所以繩子的拉力對小車不做功,故A、B錯誤;小車對人的摩擦力方向向左,則小車對人的摩擦力對人做負功,故C錯誤;人對小車的靜摩擦力方向向右,則人對小車的靜摩擦力對小車做正功,故D正確。2.(2022廣東梅州期末)某廂式貨車在裝車時,用木板做成斜面,將貨物沿斜面拉到車上,拉力方向始終平行于接觸面。第一次裝卸工人用長木板搭成與地面夾角較小的斜面,將貨物從所在位置直接沿斜面拉到車上;第二次裝卸工人用較短木板搭成與地面夾角較大的斜面,先沿水平地面拉動貨物,再通過短木板搭成的斜面將貨物拉到貨車上。兩次拉動過程中,貨物與貨車的水平距離保持不變,貨物與地面及兩斜面動摩擦因數(shù)均相同,則兩次拉動過程中,關(guān)于摩擦力對貨物所做的功,下列說法正確的是(

)A.第一次拉動貨物過程中,貨物克服摩擦力做功較多B.第二次拉動貨物過程中,貨物克服摩擦力做功較多C.兩次拉動貨物過程中,貨物克服摩擦力做功相同D.兩次拉動貨物過程中,貨物克服摩擦力做功多少無法比較答案

C

解析

第一次拉動貨物過程中,貨物克服摩擦力做功Wf1=μmgcos

θ·l1,第二次拉動貨物過程中,貨物克服摩擦力做功Wf2=μmgcos

α·l2+μmgx,由題意可知l1cos

θ=l2cos

α+x,則Wf1=Wf2,故選C。3.(2023重慶巴蜀中學(xué)高三月考)如圖所示,水平路面上有一輛汽車以加速度a向前加速行駛,車廂中有一個質(zhì)量為m的人正用恒力F向前推車廂,人始終相對于車靜止,在車行駛距離l的過程中,下列說法正確的是(

)A.人對車做的功為FlB.人對車做的功為malC.人對車做的功為-malD.人對車做的功為(F+ma)lC解析

車對人的合力大小為ma,方向水平向左,則人對車的合力大小也為ma,方向水平向右,人對車做負功,則有W=-mal,選項C正確?？键c二變力做功的計算方法[師生共研]【典例突破】如圖所示,在一半徑為R=6m的圓弧形橋面的底端A,某人用大小始終為F=75N的拉力把一質(zhì)量為m=8kg的物塊(可看成質(zhì)點),從底端沿橋面緩慢拉到頂端B(圓弧

在一豎直平面內(nèi)),拉力的方向始終與物塊的運動方向成37°角,整個圓弧橋面所對的圓心角為120°,重力加速度g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,π取3.14。求這一過程中:(1)拉力F做的功;(2)橋面對物塊的摩擦力做的功。思維點撥

拉力是變力,但大小不變,將運動過程分成無數(shù)小段,每一小段看作直線,這樣就將變力做功問題轉(zhuǎn)化成了恒力做功問題。答案

(1)376.8J

(2)-136.8J(2)重力G做的功WG=-mgR(1-cos

60°)=-240

J,因物塊在拉力F作用下緩慢移動,動能不變,由動能定理知WF+WG+Wf=0,所以Wf=-WF-WG=-376.8

J+240

J=-136.8

J。【對點演練】4.(多選)(2023山東濰坊模擬)水平地面上質(zhì)量為m=7kg的物體,在水平拉力F的作用下開始做直線運動,力F隨位移x的變化關(guān)系如圖所示,當(dāng)x=10m時拉力為零,物體恰好停下,重力加速度g取10m/s2,下列說法正確的是(

)A.物體與地面間的動摩擦因數(shù)為0.2B.加速階段克服摩擦力做的功為81.2JC.加速階段拉力做的功為80JD.全過程摩擦力做的功為-140J答案

ABD解析

設(shè)恒力作用下物體運動位移為x1,變力作用下運動位移為x2,動摩擦因數(shù)為μ,全過程由動能定理得Fx1+x2-μmg

(x1+x2)=0,解得μ=0.2,故A正確;當(dāng)F=Ff=14

N時,速度最大,此后物體將做減速運動,由圖像結(jié)合幾何關(guān)系可得此時x=5.8

m,故加速階段克服摩擦力做的功為Wf=μmg

x=81.2

J,故B正確;勻加速階段F做的功為W=Fx1=80

J,故加速階段F做的功大于80

J,故C錯誤;全過程摩擦力做的功Wf'=-μmg

(x1+x2)=-140

J,故D正確。5.(2023河南洛陽第一中學(xué)高三檢測)質(zhì)量為2kg的物體靜止在光滑的水平面上,從某時刻起,對物體施加一方向不變的水平拉力F,該拉力F與物體的位移x的關(guān)系圖像如圖所示,則物體在x=7m處時的速度大小為(

)A6.(2023安徽滁州定遠縣聯(lián)考)如圖所示,在水平桌面上,長R=5m的輕繩一端固定于O點(俯視圖),另一端系一質(zhì)量為m=2.0kg的小球,現(xiàn)對小球施加一個大小不變的力F=10N,方向始終與小球在該點的切線成37°角,F拉著物體從M點運動到N點,已知小球與桌面間的動摩擦因數(shù)μ=0.2,不計空氣阻力,重力加速度g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,則拉力F做的功與克服摩擦力做的功之比為(

)B解析

將圓弧分成很多小段l1、l2、…、ln,拉力F在每小段上做的功為W1、W2、…、Wn,因拉力F大小不變,方向始終與小球在該點的切線成37°角,所以W1=Fl1cos

37°,W2=Fl2cos

37°,…,Wn=Flncos

37°,考點三功率的分析與計算[自主探究]1.平均功率的計算方法(1)利用

。(2)利用P=Fvcosα,其中v為物體運動的平均速度,α為F與v的夾角。2.瞬時功率的計算方法(1)利用公式P=Fvcosα,其中v為t時刻的瞬時速度,α為F與v的夾角。(2)利用公式P=FvF,其中vF為物體的速度v在力F方向上的分速度。(3)利用公式P=Fvv,其中Fv為物體受到的外力F在速度v方向上的分力?！緦c演練】7.(2023湖南株洲期末)某中學(xué)戶外研學(xué)活動中,同學(xué)們開展助農(nóng)春耕,深度體驗農(nóng)耕文化及勞動人民的艱辛。如圖所示,學(xué)生相互合作用一根繩子拉犁,繩子斜向上與水平方向成37°,拉力大小為200N,犁位移10m,經(jīng)歷時間10s。已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,則下列關(guān)于該過程拉力做功及功率的說法正確的是(

)A.拉力做功為1800JB.拉力做功為1200JC.拉力做功的平均功率為160WD.拉力做功的平均功率為120WC解析

該過程拉力做功為W=Flcos

37°=200×10×0.8

J=1

600

J,選項A、B錯誤;拉力做功的平均功率P==160

W,選項C正確,D錯誤。8.(2021浙江卷)中國制造的某一型號泵車如圖所示,表中列出了其部分技術(shù)參數(shù)。已知混凝土密度為2.4×103kg/m3,假設(shè)泵車的泵送系統(tǒng)以150m3/h的輸送量給30m高處輸送混凝土,則每小時泵送系統(tǒng)對混凝土做的功至少為(

)發(fā)動機最大輸出功率/kW332最大輸送高度/m63整車滿載質(zhì)量/kg5.4×104最大輸送量/(m3·h-1)180A.1.08×107J B.5.04×107

JC.1.08×108J D.2.72×108

J答案

C解析

每小時內(nèi)克服混凝土重力做功W=mgh=ρVgh=2.4×103×150×10×30

J=1.08×108

J,每小時泵送系統(tǒng)對混凝土做的最小的功與克服混凝土重力做功相等,即W'=W=1.08×108

J,故選C。9.(2023廣東高安期末)如圖為湯池鎮(zhèn)金湯湖五一假期期間水幕電影的場景。主噴泉豎直噴出的最高水柱約45m,噴管的橫截面積約為6.0×10-3m2,已知水的密度ρ=1.0×103kg/m3,重力加速度g取10m/s2。據(jù)此估計主噴管噴水時的輸出功率約為(

)A.2.7×103W B.8.1×104WC.2.7×105

W D.8.1×105WB考點四機車啟動問題[名師破題]1.機車的兩種啟動方式

2.三個重要關(guān)系式(3)機車以恒定功率運行時,牽引力做的功W=P額t,由動能定理得P額t-F阻x=ΔEk,此式經(jīng)常用于求解機車以恒定功率啟動過程的位移、速度或時間。【典例突破】典例2.(2023陜西安康高三月考)某汽車質(zhì)量為m=2000kg,發(fā)動機的額定功率為P,汽車在路面上行駛時受到的阻力為車對路面壓力的

。若汽車從靜止開始以a=1m/s2的加速度在水平路面上勻加速啟動,t1=20s時,達到額定功率。此后汽車以額定功率運動,t2=100s時速度達到最大